电石生产工艺介绍

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CaC2+H2O=Ca+C2H2 当加热到2275℃时,所生成的钙开始升华。 1.2.3 在高温下,干燥的氧气能氧化碳化钙而生成碳酸钙。 1.2.4粉状电石与氮气在加热条件下,反应生成氰氨化钙:
CaC2+N2=CaCN2+C 1.2.5碳化钙能还原铅、锡、锌、铁、锰、镍、钴、铬、钼及钒的氧化
物。
1.2.6 电石中夹杂的磷的化合物,当电石与水作用时,生成磷化氢混在
另外一部分用于生产聚乙烯醇、石灰氮等。电石还用于钢铁的脱硫 剂、分析化学中的水分测试剂、用于农业果树等经济作物处理剂,现在 还有用于环保行业用作废水的脱硫剂等。 3、电石的生成机理 3.1、反应机理
炉料凭借电弧热和电阻热在1800~2200℃的高温下反应而制得碳化 钙,电炉是获得高温的最好设备,而且能量非常集中。
1.3.4.2 乙炔和与它能起反应的气体的混合物具有较强的爆炸能力。
乙炔与氧混合时,如将混合物加热至300℃以上,则乙炔在大气压下
即行爆炸。
乙炔与氯混合时,在日光作用下就会爆炸。
乙炔与氧混合物的爆炸范围为2.3~93%(乙炔在氧气中的浓度)。 乙炔与空气混合物的爆炸范围为2.3~81%(乙炔在空气中的浓 度)。 1.3.4.3 当乙炔被某溶剂溶解时,乙炔的爆炸能力就降低。湿乙炔比 干乙炔的爆炸能力低关随着湿度的增高而减小。当水蒸汽与乙炔之体积 比为1:1.15时,通常不会发生爆炸。 1.3.4.4 在高分解压力与温度,容器的尺寸很大或管道很长时,乙炔会 发生爆震现象。爆震的传播速度为1800米/秒~3000米/秒,爆震时所发 生的局部压力达到600大气压。 1.3.4.5当乙炔与铜盐、银盐及汞盐的水溶液相互作用时,能生成各种 金属乙炔的沉淀物,此沉淀物具有爆炸性。 1.4工业电石的组成 工业电石中碳化钙含量常为65%~90%,其余为杂质。如碳化钙含量 为85.3%的电石,其大致组成如下: 碳化钙(CaC2) 85.3% 氧化钙(CaO) 9.5% 二氧化硅(SiO2) 2.1% 氧化铁和氧化铝(Fe2O3+Al2O3) 1.45% 氧化镁(MgO) 0.35% 碳(C) 1.2% 1.5 电石的质量标准 电石质量符合GB10665-2004标准。
指标名称
发气量(20℃、101.3kPa) L/kg ≥ 乙炔中磷化氢(V/V)
指 标
一级
优级品
合格品

300
280
260
% ≤
乙炔中硫化氢(V/V) % ≤ 粒度(5mm~80mm)的质量分 数 ≥ 筛下物(2.5mm以下)的质量分 数 ≤
1.6原、辅助材料质量指标
分子量:26
乙炔在常温和大气压下为无色气体,工业乙炔因含有杂质(特别是
磷化氢)而有特殊的臭味。
1.3.2 乙炔的密度随着温度和压力的变化而变化,当温度在20℃和压力
为760毫米汞柱时,乙炔的密度为1.091kg/m3。
1.3.3 乙炔溶于水和酒精,极易溶于丙酮。在15℃和1大气压下1升丙酮
可溶解乙炔25升,在15大气压下,1升丙酮可溶解乙炔的345升。
1.6.1、生石灰
生石灰的质量符合如下条件:
CaO
≥90%
MgO
≤1.5%
盐酸不溶物 ≤1.5%
生过烧 ≤8%
1.6.2、冶金焦
冶金焦的质量应符合如下条件:
灰分 ≤15.0%
挥发分 ≤1.9%
水分 ≤6.0%
粉末含量 ≤5.0%
1.6.3、兰炭
兰炭质量应符合如下条件:
在水过剩条件下,即将碳化钙浸于水中,反应依下式进行: CaC2+H2O=Ca(OH)2+C2H2
被滴加水分解时,还发生如下反应: CaC2+Ca(OH)2=CaO+C2H2
吸收空气中水份而分解: CaC2+H2O=CaO+C2H2
1.2.2 在没有任何水份条件下,将电石在氢气流中加热至2200℃以上 时,就有相当量的乙炔发生:
860――电热,1度电能完全转化为热能的数值(千卡/度); 64――碳化钙的分子量 实际上,工业电石炉生产1吨电石的时候,所消耗的电能远远超过计 算所得的数值,可见大量的电能损失了。这些损失主要有以下几个方 面: (1) 电石炉中有许多副反应存在, CaC2=Ca+2C-14.5千卡 CaCO3=CaO+CO2-42.5千卡 CO2+C=2CO-39.3千卡 H2O+C=CO+H2-39.6千卡 Ca(OH)2=CaO+H2O-26千卡
1892年法国人H·迈桑和美国人T·L·威尔森同时开发出了电炉还原制 取碳化钙的方法。美国于1895年实现了工业化生产。当时电炉容量很 小,只有100~300kVA,一般采用单相电极,间歇操作,产量也很低。 当时电石产品主要用于点灯,后用于金属切割。
到二十世纪初,用电石生产石灰氮的方法问世后,电石生产逐渐有 所发展。出现了自动烧结电极和半密闭电石炉,电炉容量逐渐扩大。到 二十世纪二、三十年代,通过电石乙炔合成有机化工工业兴起,促进了 电石生产的大力发展。挪威和德国先后发明了埃肯炉和德马克炉,直至 现在世界主要的密闭炉炉型均出自于该两种炉型。美国对电石生产技术 作出了巨大的贡献,研制成功了空心电极以及计算机控制的全自动操纵 电炉的技术,尤其是计算机监控和观测电极糊软化烧结情况,避免了电 极事故的发生,通过计算机测量、控制电极工作端长度,保持电石炉在 恒定功率运行。并且电石炉容量不断向大型化发展,德国建成 75000kVA的电石炉,日本也建成了80000kVA以上的电石炉,并完善了 空心电极技术。
乙炔中;所夹杂的硫的化合物,与水作用时,生成硫化氢,硫化氢在电
石被水分解时,几乎完全被水吸收,可是在水量不足时,所生成的乙炔
中就会有相当多的硫化氢,硫化氢与碳化钙反应,能象水一样地使它发
生乙炔:
1.3 乙炔的物理性质
CaC2+H2S=CaS+C2H2
1.3.1 乙炔的分子式:C2H2 结构式:H-C≡C-H
灰分 ≤10.0%
挥发分 ≤6.0%
0.06
0.08
0.10 85 5
水分 ≤10.0% 粉末含量 ≤5.0% 1.6.4、电极糊 电极糊质量应符合如下条件: 灰分 ≤4.0% 挥发分 13.0%~14.5% 抗压强度 ≥19.6MPa 电阻率 ≤75μΩm 体积密度 ≥1.36t/m3 2、电石生产历史
把电石和石灰按不同的比例混合,并分别测定其共熔点,把它绘成图, 从这张图上可以找到在一定温度下,共熔的电石和石灰的比例,也就是 熔融电石的成份,如果有超过这个比例的多余电石,那么,在这个温度 下,这一部分电石就凝固出来。这张图就叫相平衡图。
如果有多量石灰存在时,不可能在电石炉里得到与石灰分开的纯电 石。而高质量的电石(成份在80%以上)也不是在电石炉一开始就生成 的,因为电石的熔点高,当它一生成就和周围的石灰共熔成熔较低的共 熔体流了下去,由于含69~70%电石的共熔体的熔点最低,所以生成的 电石-石灰共熔体,大多是这个成份。电石与石灰共熔的速度是很快 的,只要纯的电石一生成就与石灰共熔了。共熔体的电石成份一般不会 高于70%,因为配料比高时,焦炭还来不及反应生成电石,而配料比低 时,石灰倒很容易与之共熔,使电石冲淡(稀释)到70%以下。这样, 在电石炉里就有两个速度。一个是焦炭与石灰不断化合生成电石的“反 应速度”,另一个是生成的电石不断与石灰共熔而稀释的共熔速度,这 个速度叫做“稀释速度”。电石的反应速度是由什么来的?如果我们考虑 最理想的情况,即一个石灰的分子和三个碳原子直接相遇而发生反应, 在2000℃以上的温度下,反应速度是很快的,比共熔速度还快。但是在 电石炉内,焦炭是以块状存在的,而不是一个碳原子的易破碎存在的, 焦炭没有明显的熔点,直到3000℃时,它还是固体。到3537℃时才汽 化,所以在电炉里焦炭是始终不熔化的固体。这样,它的有限的反应接 触面就大大阻滞了与熔化石灰的反应速度,甚至比共熔的速度更慢。在 电炉里熔化的石灰-电石共熔体是怎样与多孔的焦炭反应?第一步是电 石-石灰共熔体中的石灰与焦炭块表面上的碳反应,同时石灰熔液不断 渗入焦炭的毛细孔中,一边渗入,一边就与碳素反应,生成电石而共 熔,使焦炭变松,反应时产生的一氧化碳又使变松的焦炭崩裂成小块。 第二步是未崩裂的和已崩裂成小块的焦炭,再不断被石灰熔液渗入,边 反应、边崩裂,有一些焦炭就分散成微粒,悬浮在电石-石灰共熔体 中。这时如果配比低,石灰过剩,那么焦炭微粒在共熔体中通过扩散, 不断反应直到全部反应成电石。如果配比高,石灰没有过剩,那么焦炭
电石生产工艺简介 1 产品说明 1.1 简介
化学名:碳化钙 工业名:电石(英文名:Calcium carbide) 分子式:CaC2
结构式:
分子量:64.10 1.2电石的化学性质
电石的化学性质很活泼,在适当温度下能与许多的气体、液体发生 化学反应。 1.2.1碳化钙不仅能被液态的或气态的水所分解,而且也能被物理的或 化学结合的水所分解。
3.2关于电石-石灰的相平衡
在电石炉内存在两种速度,除了化学反应的“反应速度”之外,还有 另一种情况,就是石灰会很快熔化在生成的电石之中,它也有一个速 度。原来电石和石灰单独存在的时候,都有很高的熔点,纯电石熔点为 2300℃,纯石灰的熔点为2580℃。但是两者碰在一起,熔点就降低了。 熔点可降到比石灰和电石的熔点都要低,这个熔点叫做“共熔点”,而且 这个共熔点又是不固定的,它随着电石和石灰混合的比例不同而不同。
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的微粒与共熔体中的大部分熔化石灰反应石生成电石。这种电石-石灰 共熔体中,石灰的含量极少,甚至还有多量分散而没有与石灰反应的焦 炭微粒,留存在电石中。
1.3.4 乙炔的化学性质
1.3.4.1 乙炔属于不饱和烃,不稳定,在一定条件下,较易发生分解爆
炸,而且和与它能起反应的气体的混合物也会发生爆炸。
乙炔在高温高压下,具有分解爆炸的危险性。如压力为1.5表压以上
的工业乙炔,在温度超过550℃时,则可能使全部乙炔发生分解爆炸。
其反应式为:
C2H2=2C+H2+16.75MJ 当温度低于500℃,有接触剂存在时,也可能发生爆炸。
电炉还原法生产碳化钙是目前工业生产碳化钙的唯一方法。 电石主要用途是生产聚氯乙烯,2006年全国电石产能为1700万吨, 共计产量为1171万吨,同比增长27.71%。电石炉开车率69.23%。共生产
聚氯乙烯823.86万吨,其中采用电石法生产的聚氯乙烯产量为589万 吨,理论消耗电石884万吨,消费电石量电石总产量的75.11%。2007年 全国电石产能突破2000万吨,产量达到1481.8万吨。2008年电石产量为 1361万吨。
等。 理论消耗氧化钙=1000÷64×56=875公斤 理论消耗碳素=1000÷64×36=563公斤 所以理论炉料配比=563/875=64.3
电石的反应机理到目前为止还没有成熟的理论,一般的说法是: 以固态反应生成CaC2, CaO+C=CaO·C(互相扩散态) CaO·C(互相扩散态)=Ca+CO Ca+2C=CaC2 并有:mCaC2+nCaO=mCaC2·nCaO mCaC2·nCaO=(m-1)CaC2·(n-2)CaO=3Ca+2CO
CaSiO4=2CaO+SiO2-29千卡 SiO2+2C=Si+2CO-137千卡 Fe2O3+3C=2Fe+3CO-108千卡 Al2O3+3C=2Al+3CO-291千卡 MgO+C=Mg+CO-116千卡 以上的反应都是吸热反应,都要消耗热量。 (2) 电石炉气和被炉气带走的粉尘及出炉电石所带走的显热; (3) 消耗在电炉变压器、短网、电极以及通过炉体的热损失等
碳化钙的生成反应式如下: CaO+3C=CaC2+CO-111.3千卡 56 36 64
以上反应为吸热反应,为完成此反应,必须供给大量的热能。当生 成一吨发气量300升/公斤的电石,消耗于反应的电能为: 1000×0.806÷64×111300÷860=1630度 式中:0.806――发气量为300升/公斤的电石其中碳化钙百分含量;
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